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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungsverfahren zum Verbinden eines Harzformteils mit einem anderen Teil, wobei zumindest ein Teil des Harzformteils ein faserverstärkendes Material enthält.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Faserverstärkte Harzteile (faserverstärkter Kunststoff (FRP)), die aus Harz und Verstärkungsfasermaterialien, die in dem Harz enthalten sind (faserverstärkende Materialien) bestehen, werden in verschiedenen Industriezweigen, beispielsweise der Automobilindustrie, der Bauindustrie und der Luftfahrtindustrie aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit eingesetzt. Beispielsweise werden in der Automobilindustrie die vorstehend genannten faserverstärkten Harzteile für Rahmenbauteile von Fahrzeugen wie Frontseitenteile, Mittelquerträger, Säulen, Schweller und Karosserieböden verwendet, oder bei nicht-tragenden Teile, bei denen es auf die Designeigenschaften ankommt, wie Türaußenverkleidungen und Hauben. Mit der vorstehend genannten Konfiguration wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um das Gewicht des Fahrzeugs zu verringern, während die Festigkeit des Fahrzeugs gewährleistet wird, um umweltfreundliche Fahrzeuge mit einer verbesserten Kraftstoffeffizienz herzustellen.
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Als Verfahren zum Verbinden von faserverstärkten Harzteilen wird herkömmlich ein Verbindungsverfahren verwendet, bei dem Klebstoff zur Anwendung kommt, oder ein Verbindungsverfahren, bei dem Bolzen zur Anwendung kommen, oder eine Kombination dieser Verfahren. Daneben wird als Verfahren zum Verbinden metallischer Teile wie Aluminiumplatten und Stahlplatten allgemein ein Verbindungsverfahren wie Punktschweißen, Rührreibschweißen, mechanisches Falzen, Löten, Verschrauben, Stanznieten oder dergleichen verwendet. Das Stanznieten ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift
JP 2007-229980 A offenbart. Bezüglich der Verbindung zwischen einem faserverstärkten Harzteil und einem metallischen Teil bzw. Metallteil, d. h. der Verbindung zwischen zwei unterschiedlichen Teilen, werden die Teile miteinander unter Verwendung eines der vorstehenden Verfahren oder, in einigen Fällen, vermittels einer Kombination von zwei oder mehr der vorstehend genannten Verfahren verbunden.
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Sowohl bei der Verbindung von faserverstärkten Harzteilen oder von metallischen Teilen, d. h. der Verbindung von so-genannten ähnlichen Teilen, als auch der Verbindung eines faserverstärkten Harzteils und eines metallischen Teils, d. h. der Verbindung von sogenannten unähnlichen Teilen, zeigen die vorstehend genannten Verfahren verschiedene Probleme.
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Beispielsweise dauert es bei der Verwendung von Klebstoff eine Weile, um die Teile miteinander zu verbinden. Wenn Bolzen, Schrauben, Stanznieten oder dergleichen verwendet werden, sind Verbindungselemente notwendig, so dass die Herstellungszeit zunimmt oder die mit den Verbindungselementen zusammenhängenden Herstellungskosten steigen.
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Insbesondere wenn Teile, die komplizierte dreidimensionale Formen haben, unter Verwendung von Verbindungselementen wie beispielsweise Bolzen miteinander verbunden werden, ist es nicht leicht, die Ausrichtung der zu verbindenden Teile zu erledigen, so dass es wahrscheinlich ist, dass mehr Montageschritte erforderlich werden, um die Teile unter Verwendung der Verbindungselemente miteinander zu verbinden. Bei der Verbindung mittels Klebstoff oder Schweißen ist es schwierig, den Klebstoff oder Wärme auf alle zu verbindenden Abschnitte (aufeinanderliegende Abschnitte), die eine komplizierte dreidimensionale Gestalt haben, möglichst einheitlich aufzubringen.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verbindungsverfahren zum Verbinden eines Harzformteils mit einem anderen Teil, wobei zumindest ein Teil des Harzformteils ein faserverstärkendes Material enthält.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zum Verbinden von Teilen. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Formwerkzeugs mit einer oberen Form und einer unteren Form, durch welche ein Formnest ausgebildet wird, wobei eine Formnestfläche der oberen Form oder der unteren Form eine Vertiefung aufweist und die Formnestfläche dem Formnest zugewandt ist; Anordnen eines faserverstärkenden Materials, das aus einem mit endlosen Fasern verstärkenden Material oder einem mit langen Fasern verstärkenden Material besteht, in dem Formnest, Befüllen des Formnestes und der Vertiefung mit einem thermoplastischen Harz und Härten des thermoplastischen Harzes, um ein harzgeformtes Kompositelement mit einem faserverstärkten Harzformkörper und einem Harzformkörper herzustellen, wobei der faserverstärkte Harzformkörper aus dem faserverstärkenden Material und dem thermoplastischen Harz besteht, der Harzformkörper einstückig mit dem faserverstärkten Harzformkörper ausgebildet ist und der Harzformkörper kein faserverstärkendes Material enthält; und Einsetzen des Harzformkörpers durch eine Öffnung eines vorgegebenen Teils und Verformen des Harzformkörpers unter Druck, um das vorgegebene Teil durch den faserverstärkten Harzformkörper und den Harzformkörper zu halten, und das harzgeformte Kompositelement mit dem vorgegebenen Teil zu verbinden.
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Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, da der zu verformende Harzformkörper kein faserverstärkendes Material wie das mit endlosen Fasern verstärkende Material enthält, die Druckverformung (einschließlich der Druckverformung in einem Zustand, bei dem das Harz erhitzt und geschmolzen ist) leichter, wodurch das Befestigen der Teile vereinfacht wird. Es werden keine Verbindungselemente wie Klebstoff, Bolzen, Schrauben oder Stanznieten zur Verbindung der beiden Teile benötigt, so dass der Verbindungsvorgang effektiver erfolgen kann und die Herstellungskosten gesenkt werden können. Grundsätzlich ist es nicht nötig, Klebstoff oder Verbindungselemente zu verwenden, wobei dies nicht bedeutet, dass auf die Verwendung von derlei Komponenten vollständig verzichtet wird. Beispielsweise können Klebstoff oder Verbindungselemente zur Steigerung der Verbindungsfestigkeit bei Bedarf gleichzeitig zur Anwendung kommen.
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Das Merkmal, wonach „eine Formnestfläche der oberen Form oder der unteren Form eine Vertiefung aufweist” bedeutet, dass die obere Form und/oder die untere Form zumindest eine Vertiefung hat. Insbesondere können die Positionen oder die Zahl der Vertiefungen, die in den jeweiligen Formnestflächen der oberen Form und der unteren Form ausgebildet sind, abhängig von den Verbindungsstellen oder der Zahl der Verbindungsstellen zwischen dem zu formenden harzgeformten Kompositelement und einem vorgegebenen Teil (nachfolgend auch als anderes Teil bezeichnet) ausgewählt werden. Die Vertiefung kann jede Form haben, so lange der zu formende Harzformkörper durch die Öffnung des anderen Teiles eingesetzt werden kann und unter Druck verformt werden kann, um das andere Teil zu halten. Beispielsweise kann die Vertiefung eine zylindrische Nut oder eine Nut in Form einer polygonalen Säule sein.
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Das „mit endlosen Fasern verstärkende Material” ist als ein Fasermaterial definiert, dessen Faserlänge größer als 50 mm ist, wie durch japanische Industriestandards (JIS) festgelegt, das in einer vorgegebenen Form (z. B. eine dreidimensionalen Form, die etwa die Form des zu formenden faserverstärkten Harzformmaterials hat) gesammelt bzw. gebündelt ist. Das „mit langen Fasern verstärkende Material” ist als ein Material definiert, das eine Faserlänge hat, die kürzer ist als die des mit endlosen Fasern verstärkenden Materials, insbesondere eine Faserlänge, die in einem Bereich von weniger als 50 mm und mehr als 10 mm ist, das in einer vorgegebenen Form gesammelt bzw. gebündelt ist. Diese faserverstärkenden Materialien können aus Carbonfasern, Metallfasern, Keramikfasern oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Fasern bestehen.
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Da das mit endlosen Fasern verstärkende Material und das mit langen Fasern verstärkende Material lange Faserlängen haben und die Festigkeit des Teils verbessern, ist es nicht einfach, ein Harzelement mit einem derartigen faserverstärkenden Materials mit Druck zu verformen. Um dem zu begegnen ist bei dem ersten Aspekt der Erfindung die Vertiefung mit vorgegebenen Maßen und in vorgegebener Form an einer vorgegebenen Stelle der Formnestfläche der oberen Form oder der unteren Form angeordnet. Ferner werden bei dem ersten Aspekt der Erfindung das Formnest und die Vertiefung mit dem wärmehärtenden Harz gefüllt, ohne das faserverstärkende Material in der Vertiefung anzuordnen.
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Das harzgeformte Komposit- bzw. Verbundelement, das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt wird, hat: den faserverstärkten Harzformkörper, der aus dem ersten faserverstärkenden Material und dem thermoplastischen Harz besteht; und den Harzformkörper, der einstückig mit dem faserverstärkten Harzformkörper ausgebildet ist, ohne das faserverstärkende Material zu enthalten, und somit leicht mit Druck verformbar ist.
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Das „Einfüllen eines thermoplastischen Harzes” kann durch ein Spritzgießverfahren für das thermoplastische Harz erfolgen. Alternativ kann das „Einfüllen eines thermoplastischen Harzes” das Anordnen einer aus dem thermoplastischen Harz oder dergleichen bestehenden Masse in dem Formnest und anschließendes Formen der thermoplastischen Masse unter Druck zum Zeitpunkt des Festklemmens bzw. Schließens des Formwerkzeugs umfassen, so dass das thermoplastische Harz sich über das gesamte Formnest und die Vertiefung verteilt.
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Das zur Anwendung kommende thermoplastische Harz kann ein kristalliner Kunststoff wie Polyamid (PA) und Polypropylen (PP) sein, sowie ein amorpher Kunststoff wie Polystyrol (PS) und Polyvinylchlorid (PVC).
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Bei dem ersten Aspekt der Erfindung wird beispielsweise ein harzgeformtes Kompositelement hergestellt, das derart ausgestaltet ist, dass ein vorstehender Harzformkörper von einem ebenen faserverstärkten Harzformkörper vorragt. Der Harzformkörper ohne das faserverstärkende Material wird durch die Öffnung des vorgegebenen Teils (des anderen Teils) eingefügt und dann mit Druck verformt. Als das „vorgegebene Teil” können verschiedene Teile verwendet werden, beispielsweise ein faserverstärktes Harzteil, das ähnlich wie das harzgeformte Kompositelement ganz oder teilweise ein faserverstärkendes Material umfasst, ein Harzteil, das kein faserverstärkendes Material umfasst, ein Metallteil aus einer Aluminiumlegierung, Eisen oder dergleichen, oder ein Betonteil aus RC, SRC oder dergleichen.
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Bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Bearbeitungsverfahren zum Verformen des Harzformkörpers mit Druck ein Verfahren zum Verformen des Harzformkörpers durch Pressformen oder ein Verfahren zum thermische Verformen des Harzformkörpers durch Pressen in zumindest einem Zustand sein, bei dem der Harzformkörper erhitzt und aufgeweicht ist. Bei dem thermischen Verformungsverfahren wird der Harzformkörper bei einer Temperaturumgebung am Schmelzpunkt eines polymerisierten thermoplastischen Harzes oder darüber mit Druck beaufschlagt, wodurch die Druckverformung des Harzformkörpers leicht erfolgen kann.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden von Teilen. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Formwerkzeugs mit einer oberen Form und einer unteren Form, durch welche ein Formnest ausgebildet wird, wobei eine Formnestfläche der oberen Form oder der unteren Form eine Vertiefung aufweist und die Formnestfläche dem Formnest zugewandt ist; Anordnen eines ersten faserverstärkenden Materials, das aus einem mit endlosen Fasern verstärkenden Material oder einem mit langen Fasern verstärkenden Material besteht, in dem Formnest, Anordnen eines zweiten faserverstärkenden Materials, das aus einem mit kurzen Fasern verstärkenden Material besteht, in der Vertiefung, Befüllen des Formnestes und der Vertiefung mit einem thermoplastischen Harz und Härten des thermoplastischen Harzes, um ein harzgeformtes Kompositelement mit einem ersten faserverstärkten Harzformkörper und einem zweiten faserverstärkten Harzformkörper herzustellen, wobei der erste faserverstärkte Harzformkörper aus dem ersten faserverstärkenden Material und dem thermoplastischen Harz besteht, der zweite faserverstärkte Harzformkörper einstückig mit dem ersten faserverstärkten Harzformkörper ausgebildet ist, und der zweite faserverstärkte Harzformkörper aus dem zweiten faserverstärkenden Material und dem thermoplastischen Harz besteht; und Einsetzen des zweiten faserverstärkten Harzformkörpers durch eine Öffnung eines vorgegebenen Teils und Verformen des zweiten faserverstärkten Harzformkörpers unter Druck, um das vorgegebene Teil durch den ersten faserverstärkten Harzformkörper und den zweiten faserverstärkten Harzformkörper zu halten, und das harzgeformte Kompositelement mit dem vorgegebenen Teil zu verbinden.
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Das „mit kurzen Fasern verstärkende Material” ist als ein Fasermaterial definiert, das eine Faserlänge hat, die kürzer als die des langen Fasermaterials ist, insbesondere eine Faserlänge von 10 mm oder weniger, das in einer vorgegebenen Form gebündelt ist (eine in der Vertiefung anzuordnende Form).
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Der zweite faserverstärkte Harzformkörper, der durch die Öffnung des vorgegebenen Teils (des anderen Teils) eingefügt und verformt werden soll, enthält das faserverstärkende Material, jedoch ist dieses faserverstärkende Material ein mit kurzen Fasern verstärkendes Material. Dementsprechend kann der zweite faserverstärkte Harzformkörper leichter als der erste faserverstärkte Harzformkörper unter Druck verformt werden. Der zweite faserverstärkte Harzformkörper, der durch die Öffnung des anderen Teils eingesetzt und verformt werden soll, enthält das faserverstärkende Material, wodurch die Verbindungsfestigkeit zwischen dem anderen Teil und dem harzgeformten Verbund- bzw. Kompositelement weiter verbessert werden kann.
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Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat der zu verformende Harzformkörper oder der zu verformende zweite faserverstärkte Harzformkörper kein mit endlosen Fasern verstärkendes Material oder mit langen Fasern verstärkendes Material, wodurch die Druckverformung erleichtert wird, und das einklemmen zwischen den Teilen erleichtert wird. Zudem ist es nicht nötig, Verbindungselemente wie Klebstoff, Bolzen, Schrauben oder Stanznieten zu verwenden, wenn die beiden Teile miteinander verbunden werden; daher ist es möglich, den Verbindungsvorgang effektiver auszuführen und die Herstellungskosten zu senken.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt/zeigen:
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1A, 1B und 1C Darstellungen, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zum Verbinden von Teilen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei diese Darstellungen zudem beispielhafte Formen zeigen, die bei dem ersten Schritt verwendet werden;
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2 eine Darstellung, die einen Teil eines zweiten Schritts des Verfahrens zum Verbinden von Teilen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine Darstellung, die einen Teil des zweiten Schritts als Fortsetzung zu 2 zeigt;
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4 eine schematische Darstellung eines harzgeformten Kompositelements, das bei dem zweiten Schritt hergestellt wird;
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5 eine Darstellung, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Verbinden von Teilen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine schematische Darstellung eines verbundenen Bauteils, das bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird;
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7 eine schematische Darstellung, die einen zweiten Schritt eines Verfahrens zum Verbinden von Teilen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 eine schematische Darstellung eines harzgeformten Kompositelements, das bei dem zweiten Schritt der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird; und
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9 eine schematische Darstellung eines verbundenen Bauteils, das bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verbinden von Teilen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnung beschrieben. Bei den in den Zeichnungen dargestellten Beispielen werden ein harzgeformtes Kompositelement sowie ein Metallteil, das ein anderes Teil (vorgegebenes Teil) darstellt, als zu verbindende Ziele behandelt, wobei die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Beispielsweise kann im Falle der Verbindung harzgeformter Kompositelemente miteinander, eines der harzgeformten Kompositelemente als ein anderes Teil mit einer Öffnung behandelt werden. Im Fall des Verbindens eines harzgeformten Kompositelements und eines Harzformkörpers, der kein faserverstärkendes Material enthält, kann der Harzformkörper als anderes Teil mit der Öffnung betrachtet werden. Beim Verbinden eines harzgeformten Kompositelements und eines Betonteiles kann das Betonteil als anderes Element mit der Öffnung betrachtet werden. Bei den in den Zeichnungen dargestellten Beispielen ist das Metallteil, das das andere Teil darstellt, mit einer Fläche an einer Seite (Oberseite) des harzgeformten Kompositelements verbunden, die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Beispielsweise kann das Metallteil mit der Fläche auf einer Seite des harzgeformten Kompositelements verbunden sein und ein Metallteil, ein harzgeformtes Kompositelement oder dergleichen, das ein anderes Teil darstellt, ist mit einer Fläche auf der anderen Seite (Unterseite) des harzgeformten Kompositelements verbunden. Zudem ist die Verbindungsfläche zwischen dem harzgeformten Kompositelement und dem anderen Teil nicht auf eine ebene Fläche, wie beispielhafte in den Zeichnungen dargestellt, beschränkt, sondern kann ebenso eine dreidimensionale Form, wie eine gekrümmte Fläche oder eine wellenförmige Form haben.
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Die 1A bis 1C zeigen einen ersten Schritt des Verfahrens zum Verbinden der Teile gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigen Beispiele, der bei dem ersten Schritt verwendeten Formen. Die 2 und 3 zeigen sequentiell einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Verbinden der Teile. 4 ist eine schematische Darstellung, die ein harzgeformtes Kompositelement zeigt, das bei dem zweiten Schritt hergestellt wird. 5 ist eine Darstellung, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Verbinden der Teile zeigt und 6 ist eine schematische Darstellung, die ein verbundenes Bauteil zeigt, das bei der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird.
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Wie in 1A dargestellt ist, wird ein Formwerkzeug 10 bereitgestellt, das eine obere Form 1 und eine untere Form 2 umfasst, durch welche ein Formnest 3 ausgebildet wird; wobei eine Vertiefung 4 in einer Formnestfläche, die dem Formnest zugewandt ist, der oberen Form ausgebildet ist (Schritt 1). Ein Hebemechanismus zum Öffnen und Schließen der oberen Form 1 ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.
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Bei dem Formwerkzeug 10 ist, wie in 1 dargestellt, eine einzelne Vertiefung 4 in der Formnestfläche der oberen Form 1 angeordnet, wobei die Gestalt der Form hierauf nicht beschränkt ist. Abhängig von der Verbindungweise zwischen den beiden Teilen, die miteinander verbunden werden sollen, können, wie bei einem Formwerkzeug 10A von 1B dargestellt ist, zwei Vertiefungen 4 an der Formnestfläche einer oberen Form 1A ausgebildet sein. Bei einem in 1C dargestellten Formwerkzeug 10B kann die Vertiefung 4 an der Formnestfläche der oberen Form 1 ausgebildet sein, und eine andere Vertiefung 5 kann zudem an einer Formnestfläche der unteren Form 2A ausgebildet sein. Obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, werden bei dem harzgeformten Kompositelement, das mittels des Formwerkzeugs 10B aus 1C ausgebildet wird, Harzformkörper, die durch entsprechende Öffnungen des andere Teils eingefügt werden sollen, an oberen und unteren Flächen eines faserverstärkten Harzformkörpers, der ein Bauteil darstellt, das in dem harzgeformten Kompositelement enthalten ist, ausgebildet. Nachfolgend wird das Verfahren zum Verbinden der Teile gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezugnehmend auf den Fall, bei dem das Formwerkzeug 10 aus 1A Anwendung findet, beschrieben.
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Wie in 2 gezeigt ist, wird ein faserverstärkendes Material 20, das aus einem mit endlosen Fasern verstärkenden Material oder einem mit langen Fasern verstärkendem Material besteht, in dem Formnest 3 des Formwerkzeugs angeordnet. Das mit endlosen Fasern verstärkenden Material ist ein Fasermaterial, dessen Faserlänge 50 mm oder mehr ist, und das mit langen Fasern verstärkende Fasermaterial ist ein Fasermaterial, dessen Faserlänge weniger als 50 mm ist, insbesondere eine Faserlänge von mehr als 10 mm bis beispielsweise 30 mm oder weniger.
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Das faserverstärkende Material 20 wird durch Sammeln bzw. Bündeln endloser und anderer Verstärkungsfasern in einer Form und Abmessung, die annähernd der Form und Abmessung des Formnests 3 entspricht, ausgebildet. Ein Beispiel eines Rohmaterials für das faserverstärkende Material 20 kann eines, oder eine Mischung aus zwei oder mehr, ausgewählt aus: Keramikfasern aus Boron, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Zirkon oder dergleichen; anorganischen Fasern wie Glasfasern und Kohlefasern; metallischen Fasern aus Kupfer, Stahl, Aluminium, Edelstahl oder dergleichen sowie organischen Fasern aus Polyamid, Polyester oder dergleichen, sein.
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Wie in 3 dargestellt ist, wird ein thermoplastisches Harz 30 in das Formnest 3 und die Vertiefung 4 eingespritzt. Das eingespritzte thermoplastische Harz 30 durchdringt das faserverstärkende Material 20 in dem Formnest 3 und verteilt sich dann über das gesamte Formnest 3 und weiter in die Vertiefung 4, um die Vertiefung 4 vollständig auszufüllen.
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Als Rohmaterial für das thermoplastische Harz 30 ist es möglich, ein Material bestehend aus einem, oder einer Mischung aus zwei oder mehr, ausgewählt aus: einem kristallinen Kunststoff wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA: Nylon 6, Nylon 66), Polyacetat (POM) und Polyethylenterephthalat (PET); und einem amorphen Kunststoff wie Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polymethylacrylat (PMMA), ABS-Kunststoff und thermoplastischem Epoxidharz, zu verwenden.
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Das in das Formnest 3 und die Vertiefung 4 eingespritzte thermoplastische Harz 30 wird gehärtet, wodurch ein harzgeformtes Kompositelement 60 bestehend aus dem faserverstärkten Harzformkörper 4 und einem Harzformkörper 50 ausgebildet wird (zweiter Schritt). Der faserverstärkte Harzformkörper 40 besteht aus dem faserverstärkenden Material 20 und dem thermoplastischen Harz 30. Der Harzformkörper 50 ist integral bzw. einstückig mit dem faserverstärkten Harzformkörper 40 ausgebildet, enthält jedoch kein faserverstärkendes Material 20.
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Nachdem das harzgeformte Kompositelement 60 im zweiten Schritt hergestellt wurde, wird der Harzformkörper 50 des harzgeformten Kompositelements 60 durch eine Öffnung 70a eines Metallteils 70, das das andere Teil darstellt, das mit dem harzgeformten Kompositelement 60 verbunden werden soll, eingesetzt, wie in 5 gezeigt.
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Anschließend wird der Harzformkörper 50 auf eine Temperatur erhitzt, die dem Schmelzpunkt oder mehr entspricht, und der Harzformkörper 50 wird im aufgeweichten Zustand mit Druck beaufschlagt, wodurch unter Druck ein Bereich des Harzformkörpers 50 verformt wird, der von der Öffnung 70a in einen Flansch 50a nach oben ragt, wie in 6 gezeigt. Ferner wird das Metallteil 70 durch den Flansch 50a und das faserverstärkte Harz und den faserverstärkten Harzformkörper 40 gehalten, wodurch das harzgeformte Kompositelement 60 und das Metallteil 70 zu einem verbundenen Bauteil 100 verbunden werden.
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Gemäß dem Verfahren zum Verbinden der Teile, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist, kann, da der zu verformende Harzformkörper 50 kein faserverstärkendes Material 20 aus mit endlosen Fasern verstärkendem Material oder anderem umfasst, der Harzformkörper 50 leicht mit Druck verformt werden, was das Herstellen der Verbindung zwischen dem harzgeformten Kompositelement 60 und dem Metallteil 70 erleichtert.
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Keine Verbindungselemente wie Klebstoff, Bolzen, Schrauben oder Stanznieten werden zum Verbinden des harzgeformten Kompositelements 60 und des Metallteils 70 verwendet, so dass der Verbindungsvorgang effizienter gestaltet werden kann und die Herstellungskosten verringert werden können.
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Da das harzgeformte Kompositelement 60 und das Metallteil 70 miteinander durch Verklemmen des Metallteils 70 durch Druckverformung des Harzformkörpers 50 und des faserverstärkten Harzformkörpers 40 miteinander verbunden werden, wird die Verbindungsfestigkeit des verbundenen Bauteils 100 extrem hoch.
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Flach-gewebtes Kohlefasergewebe wird in dem Formnest der Form, das die Vertiefung auf der Formnestfläche aufweist, angeordnet. Als das in das Formnest einzuspritzende thermoplastische Harz wird eine Mischung verwendet, die durch Hinzufügen eines Katalysators und eines Aktivators zu ε-Caprolactam, das ein Rohmaterial von Polyamid darstellt, erhalten wird. Dieses thermoplastische Harz wird bei einer Temperatur von 100°C geschmolzen und in die Form gespritzt. Zum Zeitpunkt des Einspritzens des thermoplastischen Harzes wird eine Temperatur des Formwerkzeugs auf 160°C gesetzt, bei der das thermoplastische Harz polymerisiert werden kann. Nach dem Aushärten des thermoplastischen Harzes wird das harzgeformte Kompositelement hergestellt, welches umfasst: den faserverstärkten Harzformkörper, der aus dem Kohlefasergewebe und dem thermoplastischen Harz besteht; und den Harzformkörper, der nur aus dem thermoplastischen Harz besteht und vom faserverstärkten Harzformkörper vorsteht. Anschließend wird der Harzformkörper durch die Öffnung des anderen Teils eingebracht und dann bei einer Temperatur von 280°C, was dem Schmelzpunkt oder mehr des polymerisierten Polyamids entspricht, mit Druck beaufschlagt, wodurch das andere Teil durch den faserverstärkten Harzformkörper und dem durch Druck expandierten Harzformkörper eingeklemmt wird.
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Ein Verfahren zum Verbinden von Teilen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend Bezug nehmend auf die 7 bis 9 beschrieben. 7 zeigt eine Darstellung eines zweiten Schritts des Verfahrens zum Verbinden von Teilen der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines harzgeformten Kompositelements, das bei dem zweiten Schritt hergestellt wurde. 9 zeigt eine schematische Darstellung, die die zweite Ausführungsform des hergestellten verbundenen Bauteils zeigt.
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Bei diesem Verbindungsverfahren wird, wie in 7 dargestellt ist, im zweiten Schritt zusätzlich zum Anordnen eines ersten faserverstärkenden Materials 20A, das aus mit endlosen Fasern verstärkendem Material oder mit langen Fasern verstärkendem Material besteht, in dem Formnest 3 des Formwerkzeugs 10 ein zweites faserverstärkendes Material 80, das aus einem mit kurzen Fasern verstärkenden Material besteht, in der Vertiefung 4 angeordnet.
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Obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, werden das Formnest 3 und die Vertiefung 4 mit thermoplastischen Harz gefüllt, wobei das eingespritzte thermoplastische Harz das erste faserverstärkende Material 20A im Formnest 3 durchdringt und sich über das gesamte Formnest 3 verteilt. In der Vertiefung 4 durchdringt das eingespritzte thermoplastische Harz das zweite faserverstärkende Material 80 und verteilt sich dann über die gesamte Vertiefung 4, um die Vertiefung 4 vollständig auszufüllen.
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Das in das Formnest 3 und die Vertiefung 4 eingespritzte thermoplastische Harz wird gehärtet, wodurch ein harzgeformtes Kompositelement 60A ausgebildet wird, das aus einem ersten faserverstärkten Harzformkörper 40A und einem zweiten faserverstärkten Harzformkörper 50A besteht (zweiter Schritt) wie in 8 dargestellt. Der erste faserverstärkte Harzformkörper 40A besteht aus dem ersten faserverstärkenden Material 20A und dem thermoplastischen Harz. Der zweite faserverstärkte Harzformkörper 50A besteht aus dem zweiten faserverstärkenden Material 80 und ist einstückig mit dem ersten faserverstärkten Harzformkörper 40A und dem thermoplastischen Harz ausgebildet.
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Nachdem das harzgeformte Kompositelement 60A im zweiten Schritt hergestellt wurde, wird, obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, der zweite faserverstärkte Harzformkörper 50A des harzgeformten Kompositelements 60A durch die Öffnung 70A des Metallteils 70 eingefügt, welches das andere Teil darstellt, das mit dem harzgeformten Kompositelements 60A verbunden werden soll.
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Anschließend wird der zweite faserverstärkte Harzformkörper 50A auf eine Temperatur, die seinem Schmelzpunkt oder mehr entspricht, aufgeheizt und der zweite faserverstärkte Harzformkörper 50A wird im aufgeweichten Zustand mit Druck beaufschlagt, wodurch ein Bereich des zweiten faserverstärkten Harzformkörpers 50A, der aus der Öffnung 70A vorsteht, unter Druck in einen Flansch 50Aa verformt wird, wie in 9 gezeigt. Das Metallteil 70 wird durch den Flansch 50A und den ersten faserverstärkten Harzformkörper 40A eingeklemmt, um das harzgeformten Kompositelement 60A und das Metallteil 70 miteinander zu einem verbundenen Bauteil 100A zu verbinden.
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Gemäß dem Verfahren zum Verbinden von Teilen, wie in den Zeichnungen dargestellt, hat der zweite faserverstärkte Harzformkörper 50A, der verformt werden soll, das zweite faserverstärkende Material 80, das durch die mit kurzen Fasern verstärkende Material gebildet ist. In anderen Worten: der zweite faserverstärkte Harzformkörper 50A hat kein Fasermaterial, das unter Druck schwierig zu verformen ist, beispielsweise das mit endlosen Fasern verstärkende Material. Dementsprechend kann gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, ähnlich zum Verbindungsverfahren der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Druckverformung leichter erfolgen, wodurch der Verbindungsvorgang zwischen dem harzgeformten Kompositelement 60A und dem Metallteil 70 erleichtert wird.
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Dieses Verbindungsverfahren benötigt keine Verbindungselemente wie Klebstoff, Bolzen, Schrauben oder Stanznieten. Es ist somit möglich, den Verbindungsvorgang effizienter zu gestalten sowie die Herstellungskosten zu verringern. Zudem umfasst der zweite faserverstärkte Harzformkörper 50A, der durch die Öffnung 70A des Metallteils 70 eingesetzt und verformt werden soll, das faserverstärkende Material (zweites faserverstärkendes Material 80), wodurch die Verbindungsfestigkeit des verbundenen Bauteils 100A im Vergleich zur Verbindungsfestigkeit des verbundenen Bauteils 100 weiter verbessert wird.
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Vorstehend wurden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail bezugnehmend auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bestimmte Konfigurationen nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sind. Selbst Änderungen und dergleichen, die nicht vom Umfang der Erfindung abweichen, sind von der Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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